Измерительный сигнал и помеха

Любое средство измерения, кроме мер, генерирует измерительный сигнал – это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой величине.

Сигналом называется материальной носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным.

Наиболее часто в качестве сигналов используются:

· сигналы постоянного уровня (постоянные электрические токи и напряжения, давление сжатого воздуха, световой поток);

· синусоидальные сигналы (переменный электрический ток или напряжение);

· последовательность прямоугольных импульсов (электрических или световых).

Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классифицируют по различным признакам. Измерительные сигналы бывают а) аналоговые, дискретные и цифровые; б) постоянные и переменные, переменные, в свою очередь подразделяются на непрерывные и импульсные, случайные и неслучайные, простые и сложные.

Сигнал характеризуется рядом параметров. Сигналы постоянного уровня характеризует его уровень. Синусоидальный сигнал характеризуется амплитудой, фазой и частотой, последовательность прямоугольных импульсов - амплитудой, фазой, частотой, шириной импульсов или комбинацией импульсов различного уровня в течение определённого промежутка времени.

Измерительные сигналы редко присутствуют в средствах измерения в чистом виде. Практически всегда на них накладываются помехи. Под помехой понимается сигнал, однородный с измерительным и действующий одновременно с ним. Его присутствие приводит к появлению погрешности измерения. Классификация помех возможна по ряду признаков.

1. По месту возникновения помехи делятся на:

· Внешние (природные и индустриальные). Причиной возникновения внешних помех являются природные процессы и работа различных технических устройств. Последние создают так называемые индустриальные помехи.

· Внутренние, обусловленные процессами, происходящими при работе самого средства измерений.

2. По основным свойствам помехи можно разделить на три вида:

· Флуктуационные помехи представляют собой хаотическое, беспорядочное изменение во времени сигнала, однородного с измеряемым, в каком-либо месте средства измерений. Такие помехи часто называют шумом. Пример – внутренние шумы измерительных электронных усилителей. Различают следующие виды шумов:

· Тепловой (шум Джонсона), который генерируется любым резистором, находящимся в измерительной цепи.

· Дробовый, обусловленный движением дискретных носителей электрического тока.

· Фликкер-шум. К данному виду относят шум постоянного резистора, пропорциональный протекающему через него току, шум базы транзистора и др.

· Сосредоточенные помехи– этопомехи, наводимые в измерительных цепях СИ от промышленной силовой сети частотой 60 Гц.

· Импульсные помехи – это регулярная или хаотическая последовательность импульсных сигналов, однородных с измерительным сигналом. Источниками таких помех являются цифровые и коммутирующие элементы СИ или работающего рядом с ними устройства. Характерный пример импульсных помех – помехи от устройств зажигания двигателей внутреннего сгорания. Импульсные и сосредоточенные помехи часто называют наводками.

Поскольку основным следствием действия помехи является появление погрешности измерения, то стараются устранить или, по крайней мере, ослабить их действие на средство измерений. Для устранения влияния помех целесообразно, если это возможно, исключить причины их возникновения. Способы борьбы с помехами в значительной мере зависят от их спектрального состава, вида измерительного сигнала и помехи.

Многие из электрических помех можно устранить путем экранирования, заземления средства измерений, применения специальных фильтров. Тепловые шумы могут быть заметно уменьшены при охлаждении их источника. Однако в целом борьба с помехами чрезвычайно сложна и является скорее искусством, нежели наукой. В отдельных случаях приходится применять особенно изощренные меры, например, использование монолитных каменных столов для исключения посторонней вибрации, размещение средств измерений или их частей в термостатах, проведение электрической и электромагнитной экранировки помещений для устранения электромагнитных наводок.